CN105628109B - 一种江河流速自动测量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种江河流速自动测量的方法及装置，适用于江河流速自动测量和灌区主干渠道的流量监测。技术方案是：包含河道(1)、测流主机(2)、钢索(3)、监测室(4)、护墙(5)，河道(1)的两岸分别设置监测室(4)和护墙(5)，钢索横跨在河道上，两端连接监测室和护墙；测流主机(2)设置在钢索(3)上。本发明具有如下优点：①在现有技术基础上改进，使之成为高稳定、全自动、无人值守的河道测流系统；②测流主机进入监测室自动充电，接触式充电采用已有技术，如：充电桩或家庭扫地机所采用的充电技术；③充分考虑野外设备的潮湿、防盗、自动充电、姿态稳定控制以克服风扰、驱动方式、水位采集、数据计算、数据传输等因素。

Description

一种江河流速自动测量的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种江河流速自动测量的方法及装置，适用于江河流速自动测量和灌区主干渠道的流量监测。

背景技术

目前，水利行业中，对于江河的流速，一般采用流速仪进行测量；河道量水所采用的流速仪有多种，但是，由于河道断面中各点的流速不相等也就是流速场的不均匀性，对于上述流速仪的使用，测量和计算多为人工，检测手段、数据采集、处理方式落后，无法实现自动监测，同时测点多为野外，潮湿、防盗、供电、传输等问题，给使用部门造成巨大压力。

现有可参考技术包含：国内已经应用的水文绞车和美国斯德克（stalker）的basic多普勒雷达。水文绞车采用跨河拉动钢索牵引铅鱼所带的旋桨流速仪（不能自动运行），basic多普勒雷达采用跨河钢索电机直接驱动，下吊重锤稳定抗风（稳定效果较差）（系统不能自动充电及运行）。

发明内容

本发明目的是提供一种江河流速自动测量的方法及装置，采用该流速仪，可构成实现对江河流速的自动测量和流量计量，同时考虑野外设备的潮湿、防盗、自动充电、姿态稳定控制、驱动速度可控、水位采集、数据计算、数据传输等因素，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种江河流速自动测量装置，包含河道、测流主机、钢索、监测室、护墙，河道的两岸分别设置监测室和护墙，钢索横跨在河道上，两端连接监测室和护墙；测流主机设置在钢索上。

在河道两侧，一侧带有护墙，另一侧为监测室，也设有护墙；护墙用于防止闲杂人员接近钢索。本发明如果应用于季节性灌溉的灌区主干渠道时，钢索及测流主机采用可拆卸结构。

所述的测流主机，包含单片机、多普勒雷达、现地无线通讯模块、远程无线通讯模块、自动充电控制、姿态稳定控制、姿态传感器、行程传感器、推进螺旋桨和蓄电池，单片机分别连接多普勒雷达、现地无线通讯模块、远程无线通讯模块、自动充电控制、姿态稳定控制、姿态传感器、行程传感器、推进螺旋桨和蓄电池，姿态稳定控制与多普勒雷达匹配，姿态传感器匹配在多普勒雷达上。

所述的测流主机在钢索上的位置还可以通过设置在河岸一侧或两侧的定位仪确定。

所述的测流主机通过现地无线网络连接河道水位计，河道水位计采集河道水位数据，送入单片机处理。

所述的测流主机，设置在箱体内，箱体设有顶部提手和两侧抓手，箱体内部带有安装钩。

所述测流主机，其所匹配的推进螺旋桨，成对出现，方向相反；推进螺旋桨都是风向朝外，用于测流主机的行走驱动。

所述的测流主机，所匹配的姿态稳定控制，为姿态稳定控制系统，如：带控制板的无刷电机；用于调节多普勒雷达上姿态传感器角度，保证测流主机测流时抗风，确保多普勒雷达上姿态传感器角度稳定。

所述的监测室，包含监测室房间、太阳能电源、钢索张紧装置及防雷系统；太阳能电源包含太阳能电池板和自动充电控制箱；太阳能电源在测流主机完成测流返回监测室时，自动连接测流主机的自动充电控制部分，为测流主机充电。

一种江河流速自动测量的方法，采用上述一种江河流速自动测量装置实现，其步骤为：

①一种江河流速自动测量装置，包含河道、测流主机、钢索、监测室、护墙，河道的两岸分别设置监测室和护墙，钢索横跨在河道上，两端连接监测室和护墙；测流主机设置在钢索上；

所述的测流主机，包含单片机、多普勒雷达、现地无线通讯模块、远程无线通讯模块、自动充电控制、姿态稳定控制、姿态传感器、行程传感器、推进螺旋桨和蓄电池，单片机分别连接多普勒雷达、现地无线通讯模块、远程无线通讯模块、自动充电控制、姿态稳定控制、姿态传感器、行程传感器、推进螺旋桨和蓄电池，姿态稳定控制与多普勒雷达匹配，姿态传感器匹配在多普勒雷达上；

所述的测流主机在钢索上的位置还可以通过设置在河岸一侧或两侧的定位仪确定；

所述的测流主机还通过现地无线网络连接河道水位计，河道水位计采集河道水位数据，送入单片机处理；

所述的监测室，包含监测室房间、太阳能电源、钢索张紧装置及防雷系统；太阳能电源包含太阳能电池板和自动充电控制箱；太阳能电源在测流主机完成测流返回监测室时，自动连接测流主机的自动充电控制部分，为测流主机充电；

②在河道上布设钢索，一端固定在护墙上，另一端连接监测室内的钢索张紧装置，测流主机通过钢索孔挂装在钢索上；

③在测流主机上，设置河道测流断面数据，设置河道宽度或设置河道宽度定位装置，无线连接河道水位计；

④测流主机首次使用时，蓄电池处于无电状态，首先接触自动充电控制箱进行充电，充电完成后进入工作状态；

⑤到达监测时间点时，推进螺旋桨启动，测流主机从监测室出发，驶向河道对岸的护墙，到达护墙后，测流主机再返回监测室进行再充电，在此过程中，设定出发或返回时测流主机匹配的多普勒雷达检测河道断面各点的表面水流速；

⑥测流主机记录测流断面各点的表面流速，通过表面流速与平均流速关系曲线得到测流断面各点的平均流速，通过水位计的水位数据，计算流量；

⑦测流主机所监测和计算出的流量乘以该段时间，得到该段时间的水量，整个监测时间求和，得到整个监测时间的总水量；

⑧测流主机记录及处理的数据通过远程无线通讯模块上传到管理部门。

测流主机检测河道表面水流速时，如果受到风力影响来回摆动，多普勒雷达匹配的姿态传感器，实时检测多普勒雷达的姿态；测流主机测流时随风摆动，通过姿态稳定控制，实时调节多普勒雷达的传感器角度，确保多普勒雷达传感器角度始终稳定。

护墙和监测室应有足够宽度，两者中间是水面，防止闲杂人员进入监测区，从而起到防盗作用；如果，监测的是季节性使用的农业灌溉渠道，则钢索两端应采用可拆装机构。

本发明具有如下优点：

①在现有技术基础上改进，使之成为高稳定、全自动、无人值守的河道测流系统；

②测流主机进入监测室自动充电，接触式充电采用已有技术，如：充电桩或家庭扫地机所采用的充电技术；

③充分考虑野外设备的潮湿、防盗、自动充电、姿态稳定控制以克服风扰、驱动方式、水位采集、数据计算、数据传输等因素；

④考虑农业灌溉主渠道的季节性运行机制，如每年运行2次，每次3个月，系统采用可拆装方式。

附图说明

图1是本发明实施例系统布置示意图。

图2是本发明实施例系统结构示意图。

图3是本发明实施例系统主视示意图。

图4是本发明实施例系统侧视示意图。

图5是本发明实施例监测室布置示意图。

图中：河道1、测流主机2、钢索3、监测室4、护墙5、单片机6、多普勒雷达7、现地无线通讯模块8、远程无线通讯模块9、自动充电控制10、姿态稳定控制11、姿态传感器12、行程传感器13、推进螺旋桨14、蓄电池15、河道水位计16、监测室房间17、太阳能电源18、钢索张紧装置19、防雷系统20、太阳能电池板21、自动充电控制箱22。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

一种江河流速自动测量装置，包含河道1、测流主机2、钢索3、监测室4、护墙5，河道1的两岸分别设置监测室4和护墙5，钢索横跨在河道上，两端连接监测室和护墙；测流主机2设置在钢索3上。

在河道两侧，一侧带有护墙，另一侧为监测室，也设有护墙；护墙用于防止闲杂人员接近钢索。本发明如果应用于季节性灌溉的灌区主干渠道时，钢索及测流主机采用可拆卸结构。

所述的测流主机，包含单片机6、多普勒雷达7、现地无线通讯模块8、远程无线通讯模块9、自动充电控制10、姿态稳定控制11、姿态传感器12、行程传感器13、推进螺旋桨14和蓄电池15，单片机分别连接多普勒雷达、现地无线通讯模块、远程无线通讯模块、自动充电控制、姿态稳定控制、姿态传感器、行程传感器、推进螺旋桨和蓄电池，姿态稳定控制与多普勒雷达匹配，姿态传感器匹配在多普勒雷达上。

所述的测流主机还通过现地无线网络连接河道水位计16，河道水位计16采集河道水位数据，送入单片机处理。

所述的测流主机，设置在箱体内，箱体设有顶部提手和两侧抓手，箱体内部带有安装钩。

所述测流主机，其所匹配的推进螺旋桨14，成对出现，方向相反；推进螺旋桨都是风向朝外，用于测流主机的行走驱动。

所述的测流主机，所匹配的姿态稳定控制，为姿态稳定控制系统，如：带控制板的无刷电机；用于调节多普勒雷达7上姿态传感器12角度，保证测流主机测流时抗风，确保多普勒雷达上姿态传感器角度稳定。

所述的监测室4，包含监测室房间17、太阳能电源18、钢索张紧装置19及防雷系统20；太阳能电源18包含太阳能电池板21和自动充电控制箱22；太阳能电源在测流主机完成测流返回监测室时，自动连接测流主机的自动充电控制部分，为测流主机充电。

一种江河流速自动测量的方法，采用上述一种江河流速自动测量装置实现，其步骤为：

①一种江河流速自动测量装置，包含河道1、测流主机2、钢索3、监测室4、护墙5，河道1的两岸分别设置监测室4和护墙5，钢索横跨在河道上，两端连接监测室和护墙；测流主机2设置在钢索3上；

所述的测流主机，包含单片机6、多普勒雷达7、现地无线通讯模块8、远程无线通讯模块9、自动充电控制10、姿态稳定控制11、姿态传感器12、行程传感器13、推进螺旋桨14和蓄电池15，单片机分别连接多普勒雷达、现地无线通讯模块、远程无线通讯模块、自动充电控制、姿态稳定控制、姿态传感器、行程传感器、推进螺旋桨和蓄电池，姿态稳定控制与多普勒雷达匹配，姿态传感器匹配在多普勒雷达上；

所述的测流主机还通过现地无线网络连接河道水位计16，河道水位计16采集河道水位数据，送入单片机处理；

所述的监测室4，包含监测室房间17、太阳能电源18、钢索张紧装置19及防雷系统20；太阳能电源18包含太阳能电池板21和自动充电控制箱22；太阳能电源在测流主机完成测流返回监测室时，自动连接测流主机的自动充电控制部分，为测流主机充电；

②在河道1上布设钢索3，一端固定在护墙5上，另一端连接监测室内的钢索张紧装置，测流主机通过钢索孔挂装在钢索上；

③在测流主机2上，设置河道测流断面数据，设置河道宽度或设置河道宽度定位装置，无线连接河道水位计16；

④测流主机首次使用时，蓄电池15处于无电状态，首先接触自动充电控制箱进行充电，充电完成后进入工作状态；

⑤到达监测时间点时，推进螺旋桨14启动，测流主机从监测室出发，驶向河道对岸的护墙，到达护墙后，测流主机再返回监测室进行再充电，在此过程中，设定出发或返回时测流主机匹配的多普勒雷达检测河道断面各点的表面水流速；

⑥测流主机检测河道表面水流速时，如果受到风力影响来回摆动，多普勒雷达匹配的姿态传感器，实时检测多普勒雷达的姿态；测流主机测流时随风摆动，通过姿态稳定控制11，实时调节多普勒雷达的传感器角度，确保多普勒雷达传感器角度始终稳定；

⑦测流主机记录测流断面各点的表面流速，通过表面流速与平均流速关系曲线得到测流断面各点的平均流速，通过水位计的水位数据，计算流量；

⑧测流主机所监测和计算出的流量乘以该段时间，得到该段时间的水量，整个监测时间求和，得到整个监测时间的总水量；

⑨测流主机记录及处理的数据通过远程无线通讯模块上传到管理部门；

⑩护墙和监测室应有足够宽度，两者中间是水面，防止闲杂人员进入监测区，从而起到防盗作用；如果，监测的是季节性使用的农业灌溉渠道，则钢索两端应采用可拆装机构。

Claims (9)

1.一种江河流速自动测量装置，其特征在于：包含河道(1)、测流主机(2)、钢索(3)、监测室(4)、护墙(5)，河道(1)的两岸分别设置监测室(4)和护墙(5)，钢索横跨在河道上，两端连接监测室和护墙；测流主机(2)设置在钢索(3)上；

所述的测流主机，包含单片机(6)、多普勒雷达(7)、现地无线通讯模块(8)、远程无线通讯模块(9)、自动充电控制(10)、姿态稳定控制(11)、姿态传感器(12)、行程传感器(13)、推进螺旋桨(14)和蓄电池(15)，单片机分别连接多普勒雷达、现地无线通讯模块、远程无线通讯模块、自动充电控制、姿态稳定控制、姿态传感器、行程传感器、推进螺旋桨和蓄电池，姿态稳定控制与多普勒雷达匹配，姿态传感器匹配在多普勒雷达上。

2.根据权利要求1所述的江河流速自动测量装置，其特征在于：所述的测流主机通过现地无线网络连接河道水位计(16)，河道水位计(16)采集河道水位数据。

3.根据权利要求1所述的江河流速自动测量装置，其特征在于：所述的测流主机，设置在箱体内，箱体设有顶部提手和两侧抓手，箱体内部带有安装钩。

4.根据权利要求1所述的江河流速自动测量装置，其特征在于：所述测流主机，其所匹配的推进螺旋桨(14)，成对出现，方向相反；推进螺旋桨都是风向朝外，用于测流主机的行走驱动。

5.根据权利要求1所述的江河流速自动测量装置，其特征在于：所述的测流主机，所匹配的姿态稳定控制，为姿态稳定控制系统，用于调节多普勒雷达(7)上姿态传感器(12)角度，保证测流主机测流时抗风，确保多普勒雷达上姿态传感器角度稳定。

6.根据权利要求1所述的江河流速自动测量装置，其特征在于：所述的监测室(4)，包含监测室房间(17)、太阳能电源(18)、钢索张紧装置(19)及防雷系统(20)；太阳能电源(18)包含太阳能电池板(21)和自动充电控制箱(22)；太阳能电源在测流主机完成测流返回监测室时，自动连接测流主机的自动充电控制部分，为测流主机充电。

7.一种江河流速自动测量的方法，其特征在于包含如下步骤：

①采用一种江河流速自动测量装置进行，该装置包含河道(1)、测流主机(2)、钢索(3)、监测室(4)、护墙(5)，河道(1)的两岸分别设置监测室(4)和护墙(5)，钢索横跨在河道上，两端连接监测室和护墙；测流主机(2)设置在钢索(3)上；

所述的测流主机，包含单片机(6)、多普勒雷达(7)、现地无线通讯模块(8)、远程无线通讯模块(9)、自动充电控制(10)、姿态稳定控制(11)、姿态传感器(12)、行程传感器(13)、推进螺旋桨(14)和蓄电池(15)，单片机分别连接多普勒雷达、现地无线通讯模块、远程无线通讯模块、自动充电控制、姿态稳定控制、姿态传感器、行程传感器、推进螺旋桨和蓄电池，姿态稳定控制与多普勒雷达匹配，姿态传感器匹配在多普勒雷达上；

所述的测流主机还通过现地无线网络连接河道水位计(16)，河道水位计(16)采集河道水位数据，送入单片机处理；

所述的监测室(4)，包含监测室房间(17)、太阳能电源(18)、钢索张紧装置(19)及防雷系统(20)；太阳能电源(18)包含太阳能电池板(21)和自动充电控制箱(22)；太阳能电源在测流主机完成测流返回监测室时，自动连接测流主机的自动充电控制部分，为测流主机充电；

②在河道(1)上布设钢索(3)，一端固定在护墙(5)上，另一端连接监测室内的钢索张紧装置，测流主机通过钢索孔挂装在钢索上；

③在测流主机(2)上，设置河道测流断面数据，设置河道宽度或设置河道宽度定位装置，无线连接河道水位计(16)；

④测流主机首次使用时，蓄电池(15)处于无电状态，首先接触自动充电控制箱进行充电，充电完成后进入工作状态；

⑤到达监测时间点时，推进螺旋桨(14)启动，测流主机从监测室出发，驶向河道对岸的护墙，到达护墙后，测流主机再返回监测室进行再充电，在此过程中，设定出发或返回时测流主机匹配的多普勒雷达检测河道断面各点的表面水流速；

⑥测流主机记录测流断面各点的表面流速，通过表面流速与平均流速关系曲线得到测流断面各点的平均流速，通过水位计的水位数据，计算流量；

⑦测流主机所监测和计算出的流量乘以监测时间，得到监测时间的水量，整个监测时间求和，得到整个监测时间的总水量；

⑧测流主机记录及处理的数据通过远程无线通讯模块上传到管理部门。

8.根据权利要求7所述的一种江河流速自动测量的方法，其特征在于：测流主机检测河道表面水流速时，如果受到风力影响来回摆动，多普勒雷达匹配的姿态传感器，实时检测多普勒雷达的姿态；测流主机测流时随风摆动，通过姿态稳定控制(11)，实时调节多普勒雷达的传感器角度，确保多普勒雷达传感器角度始终稳定。

9.根据权利要求7所述的一种江河流速自动测量的方法，其特征在于：测流主机在钢索上的位置还可以通过设置在河岸一侧或两侧的定位仪确定。